книги из ГПНТБ / Тепловые процессы при обработке металлов и сплавов давлением учеб. пособие для студентов металлург. спец. вузов

370

900° С. Этот закон нарушается лишь в отдельные моменты при уд­ линении пауз между подачей отдельных заготовок.

На глубине 3 и 5 мм температура постепенно растет. Колебания ее относительно невелики, однако абсолютная величина при уста-

330 объясняются большей поверхностью их контакта с прокаты­ ваемой заготовкой.

Параллельно с осциллографической записью динамики измене­ ния температур по сечению проводок максимальную температуру разогрева различных участков определяли анализом твердости и микроструктуры образцов, запрессованных в проводки, и сравне­ нием полученных показаний с эталонными. Результаты металлогра­

на рис. 8.5 для квазистационарного режима теплообмена. При этом амплитуда колебаний температуры на рабочей поверхности провод-

372

ки достигает 200° С, максимальная температура цикла равна 900° С , минимальная — 700° С. Сопоставление экспериментальных данных с теоретическими показывает, что, несмотря на принятые упрощаю­

способствует интенсивному износу и вызывает необходимость вы­ браковки проводок.

4. ТЕМПЕРАТУРНЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ В ПРОВОДКАХ СКОЛЬЖЕНИЯ

Принимаем, что проводка представляет собой свободную от за ­ щемления пластину толщиной R, имеющую начальную температу­ ру Г 0 и теплоизолированную по краям. В начальный момент времени на поверхности х = 0 пластина подвергается тепловому воз-

373;

действию со стороны среды, имеющей температуру Тъ, при относи­ тельном коэффициенте теплообмена h (причем ТВ=Т0). Через дру­ гую поверхность (х=)/?) начинает проходить тепловой поток, опи­ сываемый функцией (8.2.3). Температурное поле проводки в этом -случае будет описываться выражением (8.2.15).

Для упрощения решения задачи термоупругости поместим на­ чало координат в центр тяжести пластины. В этом случае условие равенства нулю результирующей силы и результирующего момента на краях пластины будет иметь следующий вид:

tß.

42

Выражение для термоупругих напряжений запишется как

+4

аБ

T{xvt) dxx -f-

374

Подставляя (8.4.4) в (8.4.3), определим термоупругие напряже­ ния в пластине. При этом учитываем, что первое слагаемое правой части функции (8.4.4) представляет собой некоторое линейное рас ­ пределение температуры по сечению пластины. Поскольку пласти­ на свободна от защемления, такое распределение температуры не вызывает термических напряжений и обусловливает только тепло­ вой изгиб. Термонапряженное состояние определяется остальными слагаемыми правой части выражения (8.4.4). Итак, произведя не­ обходимые операции,получим

375»

sh V ± i Pd„

Y± i Pd„

Для установившегося периодического процесса теплообмена имеем

в проводке устанавливается периодически изменяющееся во време­

производили теоретически и экспериментально. При теоретическом определении количества циклов до разрушения за основу принята формула Л. Ф. К о ф ф и н а [213,214,217]:

представления о механизме разрушения металлов при механической усталости. Величину пластической деформации А | р определяли, ис­

3 7 6

ЗОХГСА, Х18Н9Т, Х9С2; чугуны ферритный, перлитный, низколе­ гированный (Cr, Ni), высокохромистый (14% Cr). Для оценки на­ дежности теоретического метода при определении количества цик­ лов до разрушения эти материалы испытывали на термостойкость..

Образцы, изготовленные из соответствующих материалов и под­ вергнутые термической обработке, имели размеры 60x60X20 мм,. благодаря чему практически моделировалась форма реальных про­ водок. Образцы нагревали в электрической печи, после чего охлаж­ дали водяным душем. Температурный режим образцов выдержи­ вался таким образом, чтобы их поверхностный слой имел в период,

водителева, равный 10. До некоторой степени это обеспечивало тепловое моделирование реальных тепловых условий, в которых ра­ ботают проводки. Процесс нагрев — охлаждение производился д а появления на поверхности образцов трещин, видимых невооружен­ ным глазом, так как с появлением подобных трещин на рабочей по­ верхности проводок несущая способность последних практически исчерпывается.

Анализ полученных экспериментальных данных показывает, что сопротивляемость образцов термической усталости зависит не толь­ ко от вида материала, из которого они изготовлены, но также от способа предварительной термической обработки. Так, очень низ-

377

кой термостойкостью обладают закаленные образцы. Хромирова­ ние несколько повышает термостойкость цементированной и зака­ ленной стали. Очень низкую термостойкость имеет перлитный чугун, наибольшую — сталь марок Х18Н9Т и Х9С2. Ре­ зультаты теоретического и экспериментального иссле­ дований приведены в табл.

8.4.

экспериментальные данные изображены на рис. 8.6. Анализ показы­ вает, что максимальной износостойкостью при обеих температурах испытания обладают образцы, изготовленные из высокохромистого

378

чугуна. Образцы из чугуна других видов имеют более низкую изно­ состойкость, но тоже достаточно высокую. Хорошо сопротивляются износу и образцы с однофазной аустенитной структурой (сталь мар­ ки Х18Н9Т), несколько хуже — из жаропрочной стали (марка Х9С2). Прочие стальные образцы при обеих исследованных темпе­ ратурах значительно теряют в массе при истирании. Необходимо отметить, что хромирование способствует не только повышению термостойкости, но и увеличению износостойкости материала. С этой точки зрения имеет смысл хромировать малоуглеродистые стали.

Таким образом, можно резюмировать:

1) аналитическое выражение (8.2.15) пригодно для описания температурного поля проводок прокатных станов;

2) при теоретическом определении количества циклов нагрев — охлаждение до разрушения материала проводок можно применять методику Л. Ф. К о ф ф и н а , базирующуюся на условном термоуп­ ругом анализе; в качестве выражения, описывающего поле услов­ ных термоупругих напряжений в проводке, можно применять (8.4.6);

3)в условиях работы проводок хорошие результаты обеспечи­ вает применение стали марок Х18Н9Т и Х9С2 и высокохромистого чугуна;

4)в случае изготовления проводок из углеродистой стали целе­ сообразно производить ее хромирование.

Пример

Проводка толщиной /?=20 мм находится в следующих условиях периодиче­

(для каждой гармоники):

яя-3600

со2 = 2co] = 720я,

ш3 = = 1080я, ч - і ;

379